2019教科版 高中信息技术 必修1 数据与计算《第4单元 计算与问题解决》大单元整体教学设计2020课标

教科版高中信息技术必修1数据与计算《第4单元计算与问题解决》大单元整体教学设计[2020课标]一、内容分析与整合二、《普通高中信息技术课程标准（2017年版2020年修订）》分解三、学情分析四、大主题或大概念设计五、大单元目标叙写六、大单元教学重点七、大单元教学难点八、大单元整体教学思路九、学业评价十、大单元实施思路及教学结构图十一、大情境、大任务创设十二、单元学历案十三、学科实践与跨学科学习设计十四、大单元作业设计十五、“教-学-评”一致性课时设计十六、大单元教学反思一、内容分析与整合（一）教学内容分析《普通高中信息技术课程标准（2017年版2020年修订）》中明确指出，信息技术课程旨在培养学生的信息素养，包括信息意识、计算思维、数字化学习与创新以及信息社会责任四个方面。必修1《数据与计算》作为高中信息技术课程的重要组成部分，其核心目标是通过数据与计算的学习，使学生掌握基本的数据处理技能，理解算法的基本思想，并能够运用计算思维解决实际问题。第4单元《计算与问题解决》是本册书的重点内容之一，旨在通过一系列的教学活动，使学生深入理解计算的本质，掌握算法的基本特征，并能够运用数值计算和非数值计算的方法解决实际问题。本单元分为四个小节：算法及其特征、数值计算、非数值计算和综合问题的解决。这四个小节相互关联，逐步深入，共同构成了计算与问题解决的完整体系。（二）单元内容分析算法及其特征：本小节主要介绍算法的基本概念、基本要素和特征。通过日常生活中的实例，如“开关对应关系”问题，引导学生理解算法是将解决问题的方法归结为一系列清晰、准确的步骤的过程。通过活动设计，如“被污染的药丸”和“误删的ID号”等，让学生体验算法的应用，并学会用流程图描述算法。数值计算：本小节主要探讨数值计算在实际问题解决中的应用。通过绘制数学函数曲线和求解斐波那契数列等任务，使学生感受数据的图形化表示，设计解析式或迭代方程进行数值计算。通过活动设计，让学生了解数值类算法在实际问题解决时的常用方法。非数值计算：本小节主要探讨非数值计算问题，如查找、排序等。通过“巧翻字典”和“玩转‘汉诺塔’游戏”等任务，使学生体验分治思想和递归算法的应用，学会用合适的算法解决实际问题。综合问题的解决：本小节主要围绕一个综合问题——“接福”游戏，通过需求分析、任务分解、程序组装和测试运行等步骤，使学生体验软件开发的基本流程，学会分析任务、描述需求、设计算法和编写程序。（三）单元内容整合本单元以计算与问题解决为主线，将算法及其特征、数值计算、非数值计算和综合问题的解决四个小节有机整合在一起。通过一系列的教学活动，使学生逐步深入理解计算的本质，掌握算法的基本特征，学会用数值计算和非数值计算的方法解决实际问题，并体验软件开发的基本流程。通过综合问题的解决，培养学生的计算思维和数字化学习与创新能力。二、《普通高中信息技术课程标准（2017年版2020年修订）》分解（一）信息意识对信息的敏感度：通过日常生活中的实例，如“开关对应关系”问题，引导学生关注信息的变化，理解信息在问题解决中的重要性。通过活动设计，如“被污染的药丸”和“误删的ID号”等，让学生体验信息收集和处理的过程，提高对信息的敏感度。对信息价值的判断力：在数值计算和非数值计算的任务中，引导学生分析问题的本质，选择合适的算法进行求解。通过比较不同算法的效率和准确性，培养学生对信息价值的判断力。信息安全意识：在综合问题的解决中，强调信息安全的重要性。通过设计安全策略，如数据加密、访问控制等，培养学生的信息安全意识。（二）计算思维形式化表达：在算法及其特征的学习中，引导学生将解决问题的方法归结为一系列清晰、准确的步骤，并用流程图等形式化工具进行表达。通过活动设计，如“开关对应关系”和“被污染的药丸”等，让学生体验形式化表达的过程。抽象与建模：在数值计算和非数值计算的任务中，引导学生将实际问题抽象为数学模型，如函数模型、递归模型等。通过设计解析式或迭代方程进行数值计算，以及用分治思想和递归算法解决非数值计算问题，培养学生的抽象与建模能力。算法设计与优化：在综合问题的解决中，引导学生分析任务需求，设计合适的算法进行求解。鼓励学生通过比较不同算法的效率和准确性，对算法进行优化和改进。（三）数字化学习与创新数字化学习资源的应用：在数值计算和非数值计算的任务中，引导学生利用电子表格软件、编程工具等数字化学习资源进行数据处理和算法实现。通过活动设计，如绘制数学函数曲线和求解斐波那契数列等，让学生体验数字化学习资源的应用。数字化学习环境的创设：在综合问题的解决中，鼓励学生利用数字化学习环境进行项目开发。通过需求分析、任务分解、程序组装和测试运行等步骤，让学生体验数字化学习环境的创设过程。创新思维的培养：在算法设计、程序编写和项目开发的过程中，鼓励学生提出新的想法和解决方案。通过讨论、交流和分享，培养学生的创新思维和问题解决能力。（四）信息社会责任遵守信息法律法规：在算法设计和程序编写的过程中，引导学生遵守信息法律法规，如版权法、软件许可协议等。通过案例分析和讨论，让学生理解遵守信息法律法规的重要性。保护信息安全：在综合问题的解决中，强调信息安全的重要性。通过设计安全策略，如数据加密、访问控制等，培养学生的信息安全意识。引导学生关注信息泄露、网络攻击等安全问题，学会保护个人和组织的信息安全。负责任地使用信息技术：在算法设计和程序编写的过程中，引导学生负责任地使用信息技术。通过讨论信息技术对社会的影响，让学生理解信息技术使用的伦理和道德要求。鼓励学生积极参与信息技术公益活动，为社会做出贡献。三、学情分析（一）已知内容分析在高中信息技术必修1《数据与计算》的前三个单元中，学生已经学习了数据与信息的基本概念、数据处理的基本方法、算法与程序设计的基础知识，包括顺序结构、分支结构和循环结构等。这些内容为学习第4单元《计算与问题解决》奠定了坚实的基础。具体来说，学生已经掌握了：数据与信息的基本概念：学生能够描述数据与信息的特征，知道数据编码的基本方式，理解数据、信息与知识之间的相互关系。数据处理的基本方法：学生了解数据采集、分析和可视化表达的基本方法，能够利用软件工具或平台对数据进行整理、组织、计算与呈现。算法与程序设计基础知识：学生熟悉了算法的基本概念，了解了算法的基本特征，掌握了顺序结构、分支结构和循环结构的使用方法，能够使用Python语言编写简单的程序实现算法。（二）新知内容分析第4单元《计算与问题解决》将进一步深化学生对计算与算法的理解，掌握数值类及非数值类问题求解中的常用算法思想，并学会运用算法解决实际问题。本单元主要包含以下内容：算法及其特征：通过具体案例，让学生熟悉将解决问题的方法归结为一系列清晰、准确的步骤的过程，了解算法的基本要素和重要特征，学会用恰当的方式描述算法，并使用Python语言实现简单算法。数值计算：通过绘制数学函数曲线和求解斐波那契数列等任务，让学生感受数据的图形化表示，设计解析式或迭代方程进行数值计算，了解数值类算法在实际问题解决时的应用及常用方法。非数值计算：通过巧翻字典和玩转“汉诺塔”游戏等任务，让学生运用合适的算法形成解决问题的方案，了解算法设计中的分治思想和递归思想，并体验递归算法在解决具体问题中的应用。综合问题的解决：通过“接福”游戏项目，让学生体验软件开发的基本流程，学会分析任务、描述需求分析、分解任务、组装程序并进行测试运行，从而培养综合解决问题的能力。（三）学生学习能力分析经过前三个单元的学习，学生已经具备了一定的信息技术基础知识和编程能力，能够使用Python语言编写简单的程序实现算法。面对更加复杂的问题求解和算法设计任务，学生可能还存在以下不足：算法设计与分析能力：虽然学生已经了解了算法的基本概念，但在面对实际问题时，如何设计合适的算法进行求解，还需要进一步的训练和提升。数值计算与非数值计算能力：学生对于数值计算中的迭代、递归等思想有一定的了解，但在非数值计算领域，如分治策略、二分查找等算法的应用还需要加强。综合问题解决能力：在软件开发项目中，学生需要综合运用所学知识，进行需求分析、任务分解、程序编写和测试运行等工作，这对于学生的综合能力和团队协作能力提出了更高的要求。（四）学习障碍突破策略为了帮助学生克服学习障碍，提升算法设计与分析、数值计算与非数值计算以及综合问题解决能力，我们将采取以下策略：案例驱动教学：通过具体案例，如“开关对应关系”、“被污染的药丸”、“误删的ID号”等，让学生在实际问题中感受算法的应用价值，激发学习兴趣。通过案例的分析和讨论，引导学生逐步掌握算法设计与分析的方法。分层递进练习：针对学生的不同水平，设计不同难度的练习任务。从简单的算法实现到复杂的综合问题解决，逐步提升学生的算法设计与应用能力。鼓励学生自主探究和合作学习，通过小组合作完成任务，培养团队协作能力和解决问题的能力。强化实践环节：通过编程实践、项目开发等活动，让学生在实际操作中巩固所学知识，提升编程能力和问题解决能力。鼓励学生参加编程竞赛、科技创新等活动，拓宽视野，提升综合素质。注重反馈与评价：在教学过程中，注重对学生的表现进行及时反馈和评价。通过课堂讨论、作业批改、项目评审等方式，了解学生的学习情况，及时发现并纠正问题。鼓励学生进行自我评价和相互评价，培养自我反思和批判性思维能力。利用信息技术手段辅助教学：充分利用信息技术手段，如多媒体教学、在线编程平台等，丰富教学手段和资源。通过动画演示、模拟实验等方式，帮助学生直观理解算法思想和计算过程。利用在线编程平台进行编程练习和作业提交，提高教学效率和学习效果。通过案例驱动教学、分层递进练习、强化实践环节、注重反馈与评价以及利用信息技术手段辅助教学等策略，我们将有效帮助学生克服学习障碍，提升算法设计与分析、数值计算与非数值计算以及综合问题解决能力，为后续的学习和发展奠定坚实的基础。四、大主题或大概念设计本单元的大主题或大概念设计为“计算与问题解决：算法思维与实践应用”。这一主题旨在通过一系列的教学活动，引导学生深入理解计算的本质，掌握算法的基本特征与设计方法，并学会运用算法思维解决实际问题。通过数值计算、非数值计算以及综合问题的解决，学生将进一步体验算法在现实生活中的广泛应用，提升计算思维与创新能力。五、大单元目标叙写（一）信息意识信息敏感度提升：学生能够敏锐地感知到信息在计算与问题解决中的重要性，意识到信息的有效获取、处理与利用是解决问题的关键。信息价值判断：学生能够准确判断信息的价值，对计算过程中的输入信息进行合理筛选，确保信息的准确性和可靠性。信息安全意识：在运用算法解决问题的过程中，学生能够认识到信息安全的重要性，遵守信息法律法规，保护个人及他人的信息安全。（二）计算思维形式化描述问题：学生能够运用形式化方法描述问题，将实际问题抽象为数学模型，为算法设计奠定基础。算法设计与优化：学生能够针对具体问题设计合理的算法，并能够根据问题的复杂度和资源限制对算法进行优化，提高计算效率。递归与迭代思维：学生能够理解递归与迭代的基本思想，掌握递归与迭代算法的设计方法，并能在实际问题中灵活运用。（三）数字化学习与创新数字化工具应用：学生能够熟练运用Python等编程语言和matplotlib、numpy等数字化工具进行数值计算与非数值计算，提高数字化学习能力。创新问题解决：在面对复杂问题时，学生能够创造性地运用算法思维提出解决方案，并通过编程实现，展现出较高的创新能力。项目实践与协作：学生能够通过团队协作完成综合项目的开发，学会在数字化环境中进行有效的沟通与协作，共同解决问题。（四）信息社会责任遵守信息伦理：学生在运用算法解决问题的过程中，能够自觉遵守信息伦理道德准则，不侵犯他人隐私，不传播虚假信息。积极贡献社会：学生能够认识到算法技术在社会发展中的重要作用，积极运用所学知识为社会贡献自己的力量，如参与开源项目开发、参与公益活动等。可持续发展观念：在算法设计与应用过程中，学生能够关注算法的环境影响，如计算资源的消耗、碳排放等，努力实现算法的绿色、可持续发展。六、大单元教学重点算法的基本特征与设计方法：学生需要深入理解算法的有穷性、确切性、输入项、输出项和可行性等基本特征，掌握算法设计的一般方法，包括枚举法、迭代法、递归法等。数值计算与非数值计算：学生需要学会运用算法思维解决数值计算问题（如函数图像绘制、斐波那契数列求解等）和非数值计算问题（如二分查找、汉诺塔游戏等），掌握相应的算法设计技巧。综合问题的解决：学生需要通过项目实践，学会分析复杂问题，将其分解为若干个子问题，并设计合理的算法进行求解。在求解过程中，学生需要注重团队协作与沟通，共同完成任务。七、大单元教学难点算法思维的抽象性：算法思维是一种高度抽象化的思维方式，学生需要具备一定的数学基础和逻辑思维能力才能理解并掌握。如何帮助学生将实际问题抽象为数学模型，设计合理的算法，是本单元的教学难点之一。递归算法的理解与应用：递归算法是计算思维中的重要组成部分，但其理解和应用具有一定的难度。学生需要理解递归的基本思想，掌握递归函数的设计方法，并能在实际问题中灵活运用。这对学生的逻辑思维能力和编程能力都提出了较高的要求。综合问题的解决能力：综合问题的解决需要学生具备较强的综合分析能力和创新思维能力。学生需要将所学知识融会贯通，灵活运用算法思维解决实际问题。学生还需要注重团队协作与沟通，共同完成任务。这对学生的综合素质提出了较高的要求，也是本单元的教学难点之一。为了突破这些教学难点，教师可以采取以下策略：创设情境，激发兴趣：通过创设贴近学生生活实际的问题情境，激发学生的学习兴趣和探究欲望，引导学生主动思考问题、解决问题。循序渐进，逐步深入：在算法思维的培养过程中，遵循由易到难、循序渐进的原则，先引导学生解决简单的数值计算问题，再逐步深入到非数值计算问题和综合问题的解决中。注重实践，强化应用：通过项目实践、编程练习等方式，让学生在实践中体验算法的应用价值，加深对算法思维的理解与掌握。团队协作，共同提高：鼓励学生进行团队协作，通过小组讨论、分工合作等方式共同完成任务，培养学生的团队协作能力和沟通能力。及时反馈，调整策略：在教学过程中，密切关注学生的学习情况，及时给予反馈和指导，根据学生的实际情况调整教学策略，确保每位学生都能跟上教学进度。八、大单元整体教学思路教学目标设定本单元的教学旨在通过“计算与问题解决”这一主题，培养学生的信息意识、计算思维、数字化学习与创新能力以及信息社会责任。以下是从这四个方面具体设定的教学目标：（一）信息意识增强学生对信息的敏感度：通过计算与问题解决的实际案例，使学生能够敏锐地感知到信息在问题解决中的重要性，意识到有效信息的获取和处理对问题解决的关键作用。提高学生对信息价值的判断力：学生能够根据不同的问题情境，判断所需信息的可靠性和准确性，并合理筛选和利用信息，为问题解决提供有力支持。培养信息共享与合作的意识：在问题解决过程中，鼓励学生通过团队合作，共享信息和资源，体验信息共享带来的便利和高效，形成良好的信息合作与交流习惯。（二）计算思维抽象与形式化表达能力：通过算法设计与实现，学生能够将复杂的问题抽象为数学模型，并用形式化的语言（如自然语言、流程图、伪代码等）清晰准确地描述问题，为计算机解决问题奠定基础。逻辑思维能力：在算法设计与问题分析过程中，培养学生的逻辑思维能力，使其能够运用逻辑推理、分类、归纳等方法，对问题进行有条理的分析和分解，形成系统的解决方案。算法设计与优化能力：学生能够针对具体问题，设计有效的算法，并通过迭代、递归等思想对算法进行优化，提高解决问题的效率和准确性。学会评估不同算法的性能，选择最优算法解决问题。（三）数字化学习与创新数字化学习资源的应用能力：学生能够熟练利用各种数字化学习资源和工具（如电子表格、编程软件、网络学习平台等），进行信息获取、处理和表达，提高学习效率和质量。自主学习与协作学习能力：在数字化学习环境中，学生能够主动探索新知识，利用网络资源进行自主学习，并能够通过团队协作，共同完成复杂的学习任务，提升团队协作和沟通能力。创新思维与实践能力：鼓励学生结合所学知识，进行创新性思考和实践，尝试运用新技术、新方法解决实际问题，创作具有个性化的数字化作品，培养创新意识和实践能力。（四）信息社会责任信息安全与法律意识：在数字化学习和创新过程中，学生能够认识到信息安全的重要性，遵守信息法律法规，保护个人隐私和信息安全，不传播违法和不良信息。信息伦理与道德规范：培养学生良好的信息伦理和道德规范，尊重知识产权，合理使用信息资源，不抄袭、不剽窃他人成果，维护良好的信息生态环境。社会责任感与担当：通过解决实际问题，学生能够认识到信息技术在社会生活中的广泛应用和重要影响，形成积极的社会责任感，关注信息技术发展带来的社会问题，为构建和谐、安全的信息社会贡献力量。教学重点与难点教学重点算法设计与实现：通过具体案例，让学生掌握算法的基本概念和特征，学会用流程图、伪代码等方式描述算法，并能够用Python等编程语言实现简单算法。数值计算与非数值计算：结合数学公式、数列求和、图像处理等实际问题，让学生了解数值计算和非数值计算的基本方法，掌握迭代、递归等常用算法思想。综合问题解决能力：通过软件开发项目（如“接福”游戏），培养学生的综合问题解决能力，使其能够分析问题需求，设计解决方案，并实现和测试软件系统。教学难点算法思想的抽象与形式化表达：如何将复杂问题抽象为数学模型，并用形式化的语言准确描述问题，是学生在学习过程中面临的一大挑战。算法设计与优化：针对不同问题设计有效算法，并对算法进行优化以提高效率，需要学生具备较强的逻辑思维能力和问题解决能力。数字化学习资源的有效应用：在数字化学习环境中，如何高效利用各种学习资源和工具，进行自主学习和协作学习，需要学生具备一定的信息素养和自主学习能力。教学策略与方法教学策略问题导向的教学策略：以实际问题为出发点，引导学生分析问题、设计算法、实现解决方案，通过问题解决的过程培养学生的计算思维和综合问题解决能力。项目驱动的教学方法：通过软件开发项目（如“接福”游戏），让学生在完成项目的过程中学习算法设计、数值计算、非数值计算等知识点，体验软件开发的基本流程和方法。合作探究的学习方式：鼓励学生通过小组合作，共同分析问题、设计解决方案、实现和测试软件系统，培养学生的团队协作和沟通能力。教学方法案例教学法：通过具体案例（如“开关对应关系”、“被污染的药丸”等），让学生了解算法的基本概念和特征，掌握算法设计的基本方法。任务驱动法：设定明确的学习任务（如绘制数学函数曲线、求解斐波那契数列等），让学生在完成任务的过程中学习相关知识点，提高学习效率。实践操作法：通过编程实践、软件开发等活动，让学生亲自动手操作，体验算法设计、数值计算、非数值计算等知识点的应用过程，加深理解。教学过程设计（一）导入新课（约5分钟）通过展示一些与计算相关的生活实例（如手机支付、智能家居等），激发学生的学习兴趣，引导学生认识到计算在现代生活中的广泛应用和重要性。然后，简要介绍本单元的学习内容和目标，为后续学习奠定基础。（二）算法及其特征（约20分钟）案例讲解：通过“开关对应关系”等案例，让学生了解算法的基本概念和特征，掌握算法设计的基本方法。互动讨论：组织学生分组讨论算法在生活中的应用实例，分享彼此的想法和见解，加深对算法概念的理解。实践操作：让学生尝试用自然语言、流程图等方式描述一个简单算法（如求解一元二次方程），并相互交流评价。（三）数值计算（约25分钟）理论讲解：介绍数值计算的基本概念和常用方法（如迭代法、递归法等），并通过具体案例（如绘制数学函数曲线、求解斐波那契数列等）进行说明。编程实践：让学生利用Python等编程语言实现数值计算的相关算法（如绘制正弦曲线、求解兔子繁殖问题等），体验数值计算的应用过程。成果展示：组织学生展示自己的编程成果，并相互评价和交流心得体会。（四）非数值计算（约25分钟）案例引入：通过“巧翻字典”、“汉诺塔游戏”等案例，让学生了解非数值计算的基本概念和常用方法（如分治法、递归法等）。分组探究：让学生分组探究非数值计算的应用实例，尝试用二分查找、递归等算法解决实际问题（如查找有序数组中的特定元素、移动汉诺塔等）。汇报交流：各小组汇报自己的探究成果和心得体会，教师进行总结点评。（五）综合问题的解决（约30分钟）需求分析：介绍“接福”游戏的项目背景和功能需求，引导学生分析问题并明确解决方案的设计思路。任务分解：将项目分解为多个子任务（如游戏环境设置、图像绘制、事件处理等），并分配给各小组进行实现。编程实现：各小组利用Python和pygame模块进行编程实现，教师巡回指导，解决学生在编程过程中遇到的问题。测试与调试：组织学生进行软件测试和调试工作，确保软件功能的正确性和稳定性。成果展示与评价：各小组展示自己的软件成果，并进行相互评价和交流心得体会。教师从信息意识、计算思维、数字化学习与创新、信息社会责任等方面对学生的表现进行综合评价。（六）总结与拓展（约10分钟）知识总结：对本单元的学习内容进行总结回顾，强调算法设计、数值计算、非数值计算以及综合问题解决等知识点的重要性和应用价值。拓展延伸：引导学生思考信息技术在日常生活和学习中的广泛应用和未来发展趋势，鼓励学生继续关注和学习信息技术相关知识。布置作业：布置相关作业（如设计一个简单的算法解决实际问题、利用Python实现一个数值计算或非数值计算程序等），巩固所学知识并拓展应用。学业评价设计评价原则全面性原则：评价应涵盖信息意识、计算思维、数字化学习与创新、信息社会责任等多个方面，全面反映学生的学习情况和发展水平。过程性原则：注重对学生学习过程的评价，关注学生在算法设计、数值计算、非数值计算以及综合问题解决等方面的思维过程和实践能力。主体性原则：鼓励学生自我评价和相互评价，发挥学生在评价过程中的主体作用，提高评价的客观性和有效性。发展性原则：评价应关注学生的个体差异和发展潜力，注重激励和引导学生不断进步和发展。评价方式课堂表现评价：通过观察学生在课堂上的参与度、合作情况、问题解决能力等方面进行评价。作品评价：对学生完成的编程作品、软件项目等进行评价，关注作品的创新性、实用性以及学生的编程能力和问题解决能力。测试评价：通过单元测试、期中测试等方式，对学生的知识掌握情况进行评价。测试内容应涵盖算法设计、数值计算、非数值计算以及综合问题解决等知识点。自我评价与相互评价：鼓励学生进行自我评价和相互评价，反思自己的学习过程和成果，借鉴他人的优点和经验，促进共同进步。项目评价：通过“接福”游戏等软件开发项目，对学生的综合问题解决能力、团队协作能力、创新思维等方面进行评价。教学反思与改进在教学过程结束后，教师应及时进行教学反思，总结教学过程中的成功经验和不足之处。针对存在的问题和不足之处，提出具体的改进措施和方法，不断优化教学设计和教学过程。教师应关注学生的反馈和意见，积极听取学生的建议和想法，不断调整和完善教学策略和方法，提高教学效果和质量。九、学业评价在《普通高中信息技术课程标准（2017年版2020年修订）》的指导下，针对高中信息技术必修1《数据与计算》的第4单元《计算与问题解决》的教学内容，本学业评价旨在全面、系统地评估学生在学习过程中达成的信息意识、计算思维、数字化学习与创新以及信息社会责任等四个方面的学科核心素养。以下是对教学目标、学习目标和评价目标的详细设定。（一）信息意识教学目标：培养学生敏锐的信息感知能力，能够自觉、主动地寻求恰当的方式获取与处理信息。引导学生理解信息在信息社会中的重要作用，能够根据解决问题的需要，对信息来源的可靠性、内容的准确性、指向的目的性作出合理判断。鼓励学生在合作解决问题的过程中，愿意与团队成员共享信息，实现信息的更大价值。学习目标：学生能够识别不同情境下的信息需求，并选择合适的渠道和方法获取所需信息。学生能够分析信息的质量和可靠性，对信息进行筛选和判断，剔除无效或错误信息。学生能够在团队项目中积极分享信息，促进团队内部的信息流通和共享。评价目标：信息敏感度：观察学生在不同学习活动中对信息需求的识别能力，是否能够迅速感知到信息的重要性。信息判断能力：通过案例分析或情境模拟，评估学生对信息来源、内容和目的的判断能力。信息共享意识：在小组项目或团队合作中，考察学生是否愿意并能够有效地共享信息，促进团队协作。（二）计算思维教学目标：培养学生运用计算机科学领域的思想方法界定问题、抽象特征、建立结构模型的能力。引导学生通过判断、分析与综合各种信息资源，运用合理的算法形成解决问题的方案。鼓励学生在解决问题过程中，总结利用计算机解决问题的过程与方法，并迁移到与之相关的其他问题解决中。学习目标：学生能够针对具体问题，进行抽象处理和形式化描述，设计出解决问题的算法。学生能够运用Python等程序设计语言实现算法，解决实际问题。学生能够在解决问题的过程中，不断优化算法，提高计算效率。评价目标：算法设计能力：通过项目作业或编程练习，评估学生设计算法的能力，包括算法的合理性和有效性。编程实现能力：考察学生运用Python等程序设计语言实现算法的能力，包括代码的准确性和运行效率。算法优化能力：在解决实际问题时，观察学生是否能够不断优化算法，提高计算效率和准确性。（三）数字化学习与创新教学目标：培养学生适应数字化学习环境的能力，养成数字化学习与创新的习惯。引导学生掌握数字化学习系统、学习资源与学习工具的操作技能，用于开展自主学习、协同工作、知识分享与创新创造。鼓励学生在数字化学习环境中，创造性地解决问题，形成创新作品。学习目标：学生能够利用数字化学习工具和资源，自主开展学习活动，提高学习效率。学生能够在团队协作中，利用数字化工具进行知识分享和创新创造。学生能够针对具体问题，运用数字化手段创造性地提出解决方案，并形成创新作品。评价目标：数字化学习能力：观察学生在数字化学习环境中的表现，评估其适应性和自主学习能力。知识分享与创新：在团队协作项目中，考察学生是否愿意并能够有效地利用数字化工具进行知识分享和创新创造。创新作品制作：通过学生提交的创新作品，评估其在数字化学习与创新方面的成果和水平。（四）信息社会责任教学目标：培养学生具有一定的信息安全意识与能力，能够遵守信息法律法规，信守信息社会的道德与伦理准则。引导学生在现实空间和虚拟空间中遵守公共规范，既能有效维护信息活动中个人的合法权益，又能积极维护他人合法权益和公共信息安全。鼓励学生对信息技术创新所产生的新观念和新事物持积极学习的态度，具备理性判断和负责行动的能力。学习目标：学生能够认识到信息安全的重要性，掌握基本的信息安全防护技能。学生能够遵守信息法律法规和伦理道德准则，在信息活动中表现出良好的社会责任感。学生能够对信息技术创新保持开放和理性的态度，积极参与信息技术活动，为社会进步贡献力量。评价目标：信息安全意识：通过情境模拟或案例分析，评估学生对信息安全重要性的认识和防护技能掌握情况。法律法规遵守：考察学生在信息活动中是否能够遵守相关法律法规和伦理道德准则，表现出良好的社会责任感。信息技术创新态度：通过问卷调查或访谈等方式，了解学生对信息技术创新的态度和参与度，评估其是否具备积极学习和理性判断的能力。本学业评价通过设定明确的教学目标、学习目标和评价目标，旨在全面评估学生在《计算与问题解决》单元学习过程中达成的信息意识、计算思维、数字化学习与创新以及信息社会责任等四个方面的学科核心素养。通过多样化的评价方式和手段，如案例分析、情境模拟、项目作业、编程练习、创新作品制作以及问卷调查等，确保评价的全面性、公正性和有效性，为学生的学习和发展提供有力的支持和指导。十、大单元实施思路及教学结构图一、大单元实施思路本单元的教学旨在通过一系列精心设计的教学活动，帮助学生深入理解计算与问题解决的核心概念，掌握算法的基本特征及其应用，体验数值计算与非数值计算的不同方法，并通过综合问题的解决，提升信息素养和计算思维能力。具体实施思路如下：引入阶段：通过贴近学生生活的实例，激发学生对计算与问题解决的兴趣，引导学生认识计算与算法的重要性。算法学习阶段：首先通过具体问题的分析，帮助学生理解算法的基本要素和特征，然后通过实践活动，如“开关对应关系”、“被污染的药丸”等，让学生体验算法的应用，掌握用自然语言、流程图等方式描述算法的方法。数值计算阶段：通过数学函数曲线的绘制和斐波那契数列的求解，让学生感受数值计算在实际问题中的应用，理解迭代等数值计算方法。非数值计算阶段：通过“巧翻字典”和“汉诺塔游戏”等任务，让学生体验非数值计算的特点，掌握分治、递归等非数值计算方法。综合问题解决阶段：通过“接福”游戏项目的开发，让学生体验软件开发的基本流程，提升综合运用计算知识解决实际问题的能力。评价与反思阶段：通过单元学习评价和反思，让学生明确自己的学习成果和不足之处，为后续学习提供改进方向。二、教学目标设定（一）信息意识学生能够认识到信息在问题解决中的重要性，学会从问题中提取关键信息。学生能够敏锐地感知到信息的变化，分析数据中所承载的信息，为解决问题提供参考。（二）计算思维学生能够理解算法的基本要素和特征，学会用自然语言、流程图等方式描述算法。学生能够掌握数值计算和非数值计算的基本方法，如迭代、分治、递归等。学生能够运用计算思维分析问题，选择合理的算法解决问题。（三）数字化学习与创新学生能够适应数字化学习环境，利用数字化工具和资源进行学习和创新。学生能够掌握Python等程序设计语言，通过编程实现算法，解决实际问题。学生能够在问题解决过程中，创造性地提出新的算法或优化现有算法。（四）信息社会责任学生能够遵守信息法律法规，信守信息社会的道德与伦理准则。学生能够在信息活动中保护个人和他人的信息安全，维护公共信息安全。学生能够认识到信息技术对社会发展的影响，积极学习新技术，为信息社会作出贡献。三、教学结构图大单元实施思路及教学结构图1.引入阶段├──激发兴趣└──认识计算与算法的重要性2.算法学习阶段├──算法的基本要素和特征├──实践活动：开关对应关系├──实践活动：被污染的药丸└──算法描述方法：自然语言、流程图3.数值计算阶段├──数学函数曲线的绘制│├──活动：用WPS表格绘制正弦曲线│└──活动：利用Python绘制正弦曲线└──斐波那契数列的求解├──活动：用WPS求解数列└──活动：用Python求解数列4.非数值计算阶段├──巧翻字典│├──活动：统计查字典次数│└──分治策略与二分查找└──汉诺塔游戏├──活动：剖析问题，设计游戏策略└──递归算法的应用5.综合问题解决阶段├──基于需求，分解任务│├──活动：了解需求，分析问题│└──活动：分解任务，设计流程├──组装程序，测试运行│├──活动：界面设计│├──活动：人机交互及程序拼装│└──游戏改进意见└──拓展练习：难度策略与视觉效果6.评价与反思阶段├──单元学习评价└──单元学习反思四、具体教学实施步骤1.引入阶段教学活动：通过展示日常生活中常见的问题解决实例，如拼图游戏、迷宫问题等，引导学生思考这些问题背后的算法思想，激发学生对计算与问题解决的兴趣。教学目标：帮助学生认识到计算与算法在问题解决中的重要性，为后续学习奠定基础。2.算法学习阶段教学活动：任务一：探讨面试题的解决方案活动1：寻找“开关对应关系”学生分组讨论，设计算法判断哪个开关控制哪盏灯。学生用流程图描述算法，并尝试用Python实现。活动2：定量分析，寻找“被污染的药丸”学生分析问题，设计算法判断哪个药瓶中的药丸被污染。学生编写程序，通过输入药丸的总重量及单颗标准质量找出被污染的药丸。活动3：巧用运算，寻找“误删的ID号”学生分析校友ID号特征，设计算法找出被误删的ID号。学生编写程序，通过计算备份文件ID号总和与故障文件ID号总和的差值找出被误删的ID号。任务二：求解“谁是冠军”活动：尝试枚举学生分析四位同学的陈述，设计枚举算法判断谁是冠军。学生编写程序，通过枚举法找出冠军。教学目标：学生能够理解算法的基本要素和特征，学会用自然语言、流程图等方式描述算法。学生能够掌握枚举法等简单的算法思想，并通过编程实现算法解决问题。3.数值计算阶段教学活动：任务一：绘制数学函数曲线活动1：用WPS表格绘制正弦曲线学生利用WPS表格计算正弦函数值，绘制正弦曲线图像。活动2：利用Python绘制正弦曲线学生学习numpy和matplotlib模块，编写程序绘制正弦曲线图像。任务二：求解斐波那契数列活动1：用WPS求解数列学生利用WPS表格求解斐波那契数列。活动2：用Python求解数列学生学习迭代思想，编写程序求解斐波那契数列。教学目标：学生能够感受数据的图形化表示，理解数值计算在实际问题中的应用。学生能够掌握迭代等数值计算方法，通过编程实现数值计算。4.非数值计算阶段教学活动：任务一：巧翻字典活动：统计查字典次数学生分组讨论翻字典的最优策略，体验分治策略。学生学习二分查找算法，编写程序实现二分查找。任务二：玩转“汉诺塔”游戏活动：剖析问题，设计游戏策略学生分析汉诺塔游戏规则，设计递归算法。学生编写程序，通过递归算法实现汉诺塔游戏的移动过程。教学目标：学生能够理解分治、递归等非数值计算方法，掌握二分查找和递归算法的应用。学生能够通过编程实现非数值计算，解决实际问题。5.综合问题解决阶段教学活动：任务一：基于需求，分解任务活动1：了解需求，分析问题学生运行“接福”游戏程序，分析游戏功能。学生进行需求分析，明确需要解决的关键问题。活动2：分解任务，设计流程学生分组讨论，将游戏开发任务分解为若干个子任务。学生设计游戏开发流程，绘制流程图。任务二：组装程序，测试运行活动1：界面设计学生学习pygame模块，创建游戏窗口和背景。学生绘制福字和得分显示。活动2：人机交互及程序拼装学生实现鼠标单击事件的处理，编写游戏循环代码。学生组装各程序块，调试运行游戏程序。游戏改进意见学生讨论游戏存在的问题，提出改进意见。学生尝试实现游戏难度的调整或增加新的游戏元素。教学目标：学生能够体验软件开发的基本流程，掌握需求分析、任务分解、流程设计等方法。学生能够通过编程实现综合问题的解决，提升综合运用计算知识解决实际问题的能力。6.评价与反思阶段教学活动：单元学习评价学生完成单元学习评价题目，检验学习成果。教师根据学生的学习情况，给予个性化的反馈和建议。单元学习反思学生撰写单元学习反思报告，总结学习过程中的收获和不足之处。教师组织学生进行小组交流，分享学习心得和体会。教学目标：学生能够明确自己的学习成果和不足之处，为后续学习提供改进方向。学生能够提升自我反思和总结能力，培养良好的学习习惯。。十一、大情境、大任务创设一、大情境设计在当今数字化时代，信息技术已经渗透到我们生活的方方面面，无论是科学研究、工程设计，还是日常生活、学习娱乐，都离不开计算与算法的应用。高中信息技术必修1《数据与计算》中的《第4单元计算与问题解决》旨在通过一系列教学活动，帮助学生深入理解计算与问题解决的核心概念，掌握算法的基本特征及其应用，体验数值计算与非数值计算的不同方法，并通过综合问题的解决，提升信息素养和计算思维能力。为了更好地实现这些教学目标，我们设计了一个大情境——“智能校园建设”。在这个情境中，学生将扮演校园信息化建设的参与者，通过解决一系列实际问题，体验到计算与算法在解决实际问题中的重要作用。二、大任务创设在大情境“智能校园建设”下，我们设计了以下四个大任务，每个任务都围绕教学目标展开，旨在提升学生的信息意识、计算思维、数字化学习与创新能力和信息社会责任。任务一：智能门禁系统设计教学目标设定：（一）信息意识学生能够认识到信息在门禁系统设计中的重要性，学会从问题中提取关键信息，如人员身份信息、进出时间等。（二）计算思维学生能够理解算法的基本要素和特征，学会用自然语言、流程图等方式描述门禁系统的算法流程。（三）数字化学习与创新学生能够适应数字化学习环境，利用数字化工具和资源进行门禁系统的设计，如使用Python语言编写程序实现门禁控制。（四）信息社会责任学生能够遵守信息法律法规，信守信息社会的道德与伦理准则，在门禁系统设计中考虑到信息安全和隐私保护。教学活动设计：情境引入：介绍智能校园建设的背景，引出门禁系统作为校园安全的重要组成部分。需求分析：引导学生分析门禁系统的需求，包括人员身份信息识别、进出时间记录、异常情况报警等。算法设计：指导学生设计门禁系统的算法流程，包括人员身份验证算法、进出时间记录算法等，并用自然语言、流程图等方式描述。编程实现：引导学生使用Python语言编写程序实现门禁控制，如使用条件判断语句进行身份验证，使用列表或数据库记录进出时间等。测试与优化：对门禁系统进行测试，找出存在的问题并进行优化，如提高身份验证的准确性、优化进出时间记录的格式等。任务二：智能课程推荐系统开发教学目标设定：（一）信息意识学生能够认识到信息在课程推荐系统中的重要性，学会从学生的学习行为中提取关键信息，如学习兴趣、学习进度等。（二）计算思维学生能够掌握数值计算和非数值计算的基本方法，如迭代、分治、递归等，在课程推荐系统中运用这些方法实现课程推荐算法。（三）数字化学习与创新学生能够利用数字化工具和资源进行课程推荐系统的开发，如使用Python语言编写推荐算法，使用数据库存储学生学习行为数据等。（四）信息社会责任学生能够在课程推荐系统开发中考虑到信息伦理和隐私保护，确保学生的学习行为数据不被滥用。教学活动设计：情境引入：介绍智能校园建设的背景，引出课程推荐系统作为个性化学习的重要工具。需求分析：引导学生分析课程推荐系统的需求，包括学习行为数据采集、课程推荐算法设计等。算法设计：指导学生设计课程推荐算法，如基于用户相似度的协同过滤算法、基于内容的推荐算法等，并用自然语言、流程图等方式描述。编程实现：引导学生使用Python语言编写推荐算法，使用数据库存储学生学习行为数据，实现课程推荐功能。测试与优化：对课程推荐系统进行测试，找出存在的问题并进行优化，如提高推荐算法的准确性、优化用户界面的友好性等。任务三：智能图书馆管理系统开发教学目标设定：（一）信息意识学生能够认识到信息在图书馆管理中的重要性，学会从图书借阅行为中提取关键信息，如借阅时间、借阅量等。（二）计算思维学生能够运用分治、递归等非数值计算方法解决图书馆管理中的实际问题，如图书分类、图书检索等。（三）数字化学习与创新学生能够利用数字化工具和资源进行图书馆管理系统的开发，如使用Python语言编写图书分类算法、图书检索算法等。（四）信息社会责任学生能够在图书馆管理系统开发中考虑到信息伦理和隐私保护，确保读者的借阅行为数据不被滥用。教学活动设计：情境引入：介绍智能校园建设的背景，引出图书馆管理系统作为高效管理图书资源的重要工具。需求分析：引导学生分析图书馆管理系统的需求，包括图书分类、图书检索、借阅管理等功能。算法设计：指导学生设计图书分类算法、图书检索算法等，并用自然语言、流程图等方式描述。可以引导学生使用分治、递归等非数值计算方法优化算法性能。编程实现：引导学生使用Python语言编写图书分类算法、图书检索算法等，实现图书馆管理系统的基本功能。测试与优化：对图书馆管理系统进行测试，找出存在的问题并进行优化，如提高图书检索的准确性、优化借阅管理流程等。任务四：智能校园环境监测系统开发教学目标设定：（一）信息意识学生能够认识到信息在校园环境监测中的重要性，学会从环境监测数据中提取关键信息，如空气质量、噪音水平等。（二）计算思维学生能够运用数值计算和非数值计算的方法处理环境监测数据，如使用统计方法分析空气质量变化趋势、使用分类算法识别噪音来源等。（三）数字化学习与创新学生能够利用数字化工具和资源进行校园环境监测系统的开发，如使用Python语言编写数据处理算法、使用传感器采集环境数据等。（四）信息社会责任学生能够在校园环境监测系统开发中考虑到信息安全和隐私保护，确保环境监测数据不被滥用。教学活动设计：情境引入：介绍智能校园建设的背景，引出校园环境监测系统作为保障师生健康的重要工具。需求分析：引导学生分析校园环境监测系统的需求，包括空气质量监测、噪音水平监测、环境监测数据展示等功能。算法设计：指导学生设计数据处理算法，如使用统计方法分析空气质量变化趋势、使用分类算法识别噪音来源等，并用自然语言、流程图等方式描述。编程实现：引导学生使用Python语言编写数据处理算法，使用传感器采集环境数据，实现校园环境监测系统的基本功能。测试与优化：对校园环境监测系统进行测试，找出存在的问题并进行优化，如提高数据处理的准确性、优化用户界面的友好性等。引导学生思考如何在实际环境中部署和使用该系统。三、总结通过“智能校园建设”这一大情境和四个大任务的创设，学生将能够在解决实际问题的过程中深入理解计算与问题解决的核心概念，掌握算法的基本特征及其应用，体验数值计算与非数值计算的不同方法，并通过综合问题的解决提升信息素养和计算思维能力。学生还将在任务完成过程中培养信息意识、数字化学习与创新能力和信息社会责任，为未来的学习和生活打下坚实的基础。十二、单元学历案（一）单元主题与课时单元主题：第4单元计算与问题解决课时设计：引入阶段（1课时）教学活动：通过展示日常生活中常见的问题解决实例，如拼图游戏、迷宫问题等，引导学生思考这些问题背后的算法思想，激发学生对计算与问题解决的兴趣。教学目标：帮助学生认识到计算与算法在问题解决中的重要性，为后续学习奠定基础。算法学习阶段（3课时）算法的基本要素和特征（1课时）教学活动：探讨面试题的解决方案，如“开关对应关系”问题，引导学生理解算法的基本要素和特征。教学目标：学生能够理解算法的基本要素和特征，学会用自然语言描述算法。实践活动（2课时）教学活动：通过“被污染的药丸”、“误删的ID号”等实践活动，让学生体验算法的应用，掌握用流程图描述算法的方法。教学目标：学生能够掌握用流程图描述算法的方法，通过编程实现算法解决问题。数值计算阶段（2课时）绘制数学函数曲线（1课时）教学活动：用WPS表格和Python绘制正弦曲线，感受数据的图形化表示。教学目标：学生能够感受数据的图形化表示，理解数值计算在实际问题中的应用。求解斐波那契数列（1课时）教学活动：用WPS表格和Python求解斐波那契数列，理解迭代等数值计算方法。教学目标：学生能够掌握迭代等数值计算方法，通过编程实现数值计算。非数值计算阶段（2课时）巧翻字典（1课时）教学活动：统计查字典次数，体验分治策略，学习二分查找算法。教学目标：学生能够理解分治策略，掌握二分查找算法的应用。汉诺塔游戏（1课时）教学活动：剖析汉诺塔游戏规则，设计递归算法，通过编程实现汉诺塔游戏。教学目标：学生能够理解递归算法，通过编程实现非数值计算，解决实际问题。综合问题解决阶段（3课时）基于需求，分解任务（1课时）教学活动：了解“接福”游戏需求，分析问题，分解任务，设计流程。教学目标：学生能够学会分析任务，描述需求分析，知道需要解决的关键问题。组装程序，测试运行（2课时）教学活动：界面设计，人机交互及程序拼装，测试运行游戏程序，提出改进意见。教学目标：学生能够体验软件开发的基本流程，提升综合运用计算知识解决实际问题的能力。评价与反思阶段（1课时）教学活动：单元学习评价和反思，明确学习成果和不足之处，为后续学习提供改进方向。教学目标：学生能够明确自己的学习成果和不足之处，提升自我反思和总结能力。（二）学习目标（一）信息意识学生能够认识到信息在问题解决中的重要性，学会从问题中提取关键信息。学生能够敏锐地感知到信息的变化，分析数据中所承载的信息，为解决问题提供参考。（二）计算思维学生能够理解算法的基本要素和特征，学会用自然语言、流程图等方式描述算法。学生能够掌握数值计算和非数值计算的基本方法，如迭代、分治、递归等。学生能够运用计算思维分析问题，选择合理的算法解决问题。（三）数字化学习与创新学生能够适应数字化学习环境，利用数字化工具和资源进行学习和创新。学生能够掌握Python等程序设计语言，通过编程实现算法，解决实际问题。学生能够在问题解决过程中，创造性地提出新的算法或优化现有算法。（四）信息社会责任学生能够遵守信息法律法规，信守信息社会的道德与伦理准则。学生能够在信息活动中保护个人和他人的信息安全，维护公共信息安全。学生能够认识到信息技术对社会发展的影响，积极学习新技术，为信息社会作出贡献。（三）评价任务算法学习阶段评价能否理解算法的基本要素和特征，并用自然语言描述算法。能否用流程图描述算法，并通过编程实现算法解决问题。数值计算阶段评价能否感受数据的图形化表示，理解数值计算在实际问题中的应用。能否掌握迭代等数值计算方法，并通过编程实现数值计算。非数值计算阶段评价能否理解分治策略，掌握二分查找算法的应用。能否理解递归算法，通过编程实现非数值计算，解决实际问题。综合问题解决阶段评价能否学会分析任务，描述需求分析，知道需要解决的关键问题。能否体验软件开发的基本流程，提升综合运用计算知识解决实际问题的能力。评价与反思阶段评价能否明确自己的学习成果和不足之处，提升自我反思和总结能力。（四）学习过程1.引入阶段教学活动：通过展示日常生活中常见的问题解决实例，如拼图游戏、迷宫问题等，引导学生思考这些问题背后的算法思想。学生活动：观察并思考实例中的算法思想，讨论算法在问题解决中的重要性。教师引导：总结算法的概念及其在问题解决中的应用，激发学生兴趣。2.算法学习阶段算法的基本要素和特征教学活动：探讨面试题的解决方案，如“开关对应关系”问题。学生活动：分组讨论，设计算法，用自然语言描述算法步骤。教师引导：总结算法的基本要素和特征，强调算法的确切性、有穷性、输入项、输出项和可行性。实践活动被污染的药丸教学活动：分析问题，设计算法判断哪个药瓶中的药丸被污染。学生活动：编写程序，通过输入药丸的总重量及单颗标准质量找出被污染的药丸。教师引导：讲解枚举法的应用，引导学生理解算法的输入和输出。误删的ID号教学活动：分析校友ID号特征，设计算法找出被误删的ID号。学生活动：编写程序，通过计算备份文件ID号总和与故障文件ID号总和的差值找出被误删的ID号。教师引导：讲解数据处理的技巧，引导学生理解算法在数据处理中的应用。3.数值计算阶段绘制数学函数曲线教学活动：用WPS表格和Python绘制正弦曲线。学生活动：利用WPS表格计算正弦函数值，绘制正弦曲线图像；学习numpy和matplotlib模块，编写Python程序绘制正弦曲线。教师引导：讲解数据的图形化表示方法，引导学生感受数值计算在实际问题中的应用。求解斐波那契数列教学活动：用WPS表格和Python求解斐波那契数列。学生活动：利用WPS表格求解斐波那契数列；学习迭代思想，编写Python程序求解斐波那契数列。教师引导：讲解迭代算法的原理和应用，引导学生理解数值计算中的迭代方法。4.非数值计算阶段巧翻字典教学活动：统计查字典次数，体验分治策略。学生活动：分组讨论翻字典的最优策略，学习二分查找算法，编写程序实现二分查找。教师引导：讲解分治策略和二分查找算法的原理和应用，引导学生理解非数值计算中的分治思想。汉诺塔游戏教学活动：剖析汉诺塔游戏规则，设计递归算法。学生活动：分析汉诺塔游戏规则，设计递归算法，编写程序实现汉诺塔游戏的移动过程。教师引导：讲解递归算法的原理和应用，引导学生理解非数值计算中的递归思想。5.综合问题解决阶段基于需求，分解任务教学活动：了解“接福”游戏需求，分析问题，分解任务，设计流程。学生活动：运行“接福”游戏程序，分析游戏功能；进行需求分析，明确需要解决的关键问题；分组讨论，将游戏开发任务分解为若干个子任务；设计游戏开发流程，绘制流程图。教师引导：讲解需求分析和任务分解的方法，引导学生理解软件开发的基本流程。组装程序，测试运行界面设计教学活动：学习pygame模块，创建游戏窗口和背景，绘制福字和得分显示。学生活动：创建程序窗口，设置背景；定义函数绘制福字和得分。教师引导：讲解pygame模块的基本用法，引导学生掌握游戏界面设计的方法。人机交互及程序拼装教学活动：实现鼠标单击事件的处理，编写游戏循环代码，组装各程序块，调试运行游戏程序。学生活动：编写鼠标单击事件处理代码；编写游戏循环代码；组装各程序块，调试运行游戏程序；提出游戏改进意见。教师引导：讲解人机交互实现方法，引导学生掌握游戏程序拼装和调试的技巧。6.评价与反思阶段单元学习评价教学活动：学生完成单元学习评价题目，检验学习成果。学生活动：完成评价题目，反思学习过程。教师活动：根据学生的学习情况，给予个性化的反馈和建议。单元学习反思教学活动：学生撰写单元学习反思报告，总结学习过程中的收获和不足之处。学生活动：撰写反思报告，分享学习心得和体会。教师活动：组织学生进行小组交流，分享学习心得和体会；总结单元学习成果，提出后续学习建议。（五）作业与检测1.作业算法学习阶段作业设计一个算法，解决“八皇后问题”，并用自然语言描述算法步骤。编写程序，实现“被污染的药丸”问题的解决方案。数值计算阶段作业用Python绘制y=x^2-2x+1的图像。用迭代法求解斐波那契数列的第50项。非数值计算阶段作业设计一个算法，实现二分查找，并编写程序验证算法的正确性。编写程序，实现汉诺塔游戏的移动过程，并输出每一步的移动结果。综合问题解决阶段作业完善“接福”游戏程序，增加游戏难度策略或视觉效果。编写一个简单的游戏程序，实现基本的人机交互功能。2.检测单元测试：设计一份单元测试卷，包含算法描述、程序阅读、问题求解等题型，全面检测学生对本单元知识的掌握情况。项目展示：组织学生进行“接福”游戏项目的展示和交流，评价学生的项目完成情况和创新能力。（六）学后反思学生反思：通过本单元的学习，我深刻认识到了计算与算法在问题解决中的重要性。我学会了用自然语言、流程图等方式描述算法，掌握了数值计算和非数值计算的基本方法，如迭代、分治、递归等。在实践活动中，我通过编程实现了多个算法的应用，不仅锻炼了我的编程能力，还提升了我的问题解决能力。我也体会到了团队合作和沟通交流的重要性。在综合问题解决阶段，我体验了软件开发的基本流程，从需求分析到任务分解，再到程序编写和测试运行，每一个环节都让我受益匪浅。我学会了如何分析问题、如何设计算法、如何实现人机交互等关键技能。通过本单元的学习，我也认识到了自己的不足之处，如在算法优化、程序调试等方面还有待提高。我会在后续的学习中继续努力，不断提升自己的计算思维和编程能力。教师反思：在本单元的教学中，我注重引导学生理解算法的基本要素和特征，通过实践活动让学生体验算法的应用，取得了较好的教学效果。但部分学生在算法描述和程序编写方面存在困难，需要进一步加强个别辅导和练习。在数值计算和非数值计算阶段的教学中，我通过绘制数学函数曲线和求解斐波那契数列等任务，让学生感受了数据的图形化表示和数值计算的实际应用。我也注重引导学生理解算法背后的数学原理和思维方式。但部分学生对数学知识和计算方法的掌握不够扎实，需要在后续教学中加强相关知识的复习和巩固。在综合问题解决阶段的教学中，我通过“接福”游戏项目让学生体验了软件开发的基本流程。但部分学生在项目管理和团队协作方面存在不足，需要加强相关能力的培养和训练。我也需要进一步优化项目任务的设计和实施过程，提高学生的参与度和创新能力。通过本单元的教学实践，我深刻认识到信息技术教学不仅要注重知识的传授和技能的训练，更要注重培养学生的信息意识、计算思维、数字化学习与创新能力和信息社会责任。在未来的教学中，我将继续探索和实践有效的教学方法和手段，为学生的全面发展奠定坚实的基础。十三、学科实践与跨学科学习设计教学目标本学科实践与跨学科学习设计旨在通过《第4单元计算与问题解决》的教学内容，引导学生深入理解计算与问题解决的核心概念，掌握算法的基本特征及其应用，体验数值计算与非数值计算的不同方法，并通过综合问题的解决，提升信息素养和计算思维能力。通过跨学科学习，培养学生的信息意识、计算思维、数字化学习与创新能力以及信息社会责任，促进学生全面发展。学习目标信息意识学生能够认识到信息在问题解决中的重要性，学会从问题中提取关键信息。学生能够敏锐地感知到信息的变化，分析数据中所承载的信息，为解决问题提供参考。计算思维学生能够理解算法的基本要素和特征，学会用自然语言、流程图等方式描述算法。学生能够掌握数值计算和非数值计算的基本方法，如迭代、分治、递归等。学生能够运用计算思维分析问题，选择合理的算法解决问题。数字化学习与创新学生能够适应数字化学习环境，利用数字化工具和资源进行学习和创新。学生能够掌握Python等程序设计语言，通过编程实现算法，解决实际问题。学生能够在问题解决过程中，创造性地提出新的算法或优化现有算法。信息社会责任学生能够遵守信息法律法规，信守信息社会的道德与伦理准则。学生能够在信息活动中保护个人和他人的信息安全，维护公共信息安全。学生能够认识到信息技术对社会发展的影响，积极学习新技术，为信息社会作出贡献。作业目标设定信息意识学生能够通过收集和分析数据，理解问题背后的信息关联，提高信息敏感度和判断力。学生能够利用信息技术工具，如网络搜索、数据库查询等，获取和整合所需信息，为问题解决提供支持。计算思维学生能够针对具体问题，设计合理的算法，并用流程图或伪代码描述算法步骤。学生能够通过编程实践，实现数值计算和非数值计算的算法，解决实际问题。学生能够分析和比较不同算法的效率，选择最优算法进行问题解决。数字化学习与创新学生能够利用数字化学习平台和资源，进行自主学习和协作学习，提高学习效率。学生能够结合所学内容，设计并开发简单的数字化工具或应用，解决实际问题。学生能够在问题解决过程中，发挥创新思维，提出新的解决方案或优化现有方案。信息社会责任学生能够在信息活动中，遵守信息法律法规和道德规范，保护个人和他人隐私。学生能够识别和处理信息安全问题，采取合理措施防范信息泄露和攻击。学生能够关注信息技术对社会发展的影响，积极传播正能量，为构建健康的信息社会贡献力量。教学设计一、引入阶段教学活动：通过展示日常生活中常见的问题解决实例，如拼图游戏、迷宫问题等，引导学生思考这些问题背后的算法思想，激发学生对计算与问题解决的兴趣。教学目标：帮助学生认识到计算与算法在问题解决中的重要性，为后续学习奠定基础。二、算法学习阶段教学活动：任务一：探讨面试题的解决方案活动1：寻找“开关对应关系”学生分组讨论，设计算法判断哪个开关控制哪盏灯。学生用流程图描述算法，并尝试用Python实现。活动2：定量分析，寻找“被污染的药丸”学生分析问题，设计算法判断哪个药瓶中的药丸被污染。学生编写程序，通过输入药丸的总重量及单颗标准质量找出被污染的药丸。活动3：巧用运算，寻找“误删的ID号”学生分析校友ID号特征，设计算法找出被误删的ID号。学生编写程序，通过计算备份文件ID号总和与故障文件ID号总和的差值找出被误删的ID号。任务二：求解“谁是冠军”活动：尝试枚举学生分析四位同学的陈述，设计枚举算法判断谁是冠军。学生编写程序，通过枚举法找出冠军。教学目标：学生能够理解算法的基本要素和特征，学会用自然语言、流程图等方式描述算法。学生能够掌握枚举法等简单的算法思想，并通过编程实现算法解决问题。三、数值计算阶段教学活动：任务一：绘制数学函数曲线活动1：用WPS表格绘制正弦曲线学生利用WPS表格计算正弦函数值，绘制正弦曲线图像。活动2：利用Python绘制正弦曲线学生学习numpy和matplotlib模块，编写程序绘制正弦曲线图像。任务二：求解斐波那契数列活动1：用WPS求解数列学生利用WPS表格求解斐波那契数列。活动2：用Python求解数列学生学习迭代思想，编写程序求解斐波那契数列。教学目标：学生能够感受数据的图形化表示，理解数值计算在实际问题中的应用。学生能够掌握迭代等数值计算方法，通过编程实现数值计算。四、非数值计算阶段教学活动：任务一：巧翻字典活动：统计查字典次数学生分组讨论翻字典的最优策略，体验分治策略。学生学习二分查找算法，编写程序实现二分查找。任务二：玩转“汉诺塔”游戏活动：剖析问题，设计游戏策略学生分析汉诺塔游戏规则，设计递归算法。学生编写程序，通过递归算法实现汉诺塔游戏的移动过程。教学目标：学生能够理解分治、递归等非数值计算方法，掌握二分查找和递归算法的应用。学生能够通过编程实现非数值计算，解决实际问题。五、综合问题解决阶段教学活动：任务一：基于需求，分解任务活动1：了解需求，分析问题学生运行“接福”游戏程序，分析游戏功能。学生进行需求分析，明确需要解决的关键问题。活动2：分解任务，设计流程学生分组讨论，将游戏开发任务分解为若干个子任务。学生设计游戏开发流程，绘制流程图。任务二：组装程序，测试运行活动1：界面设计学生学习pygame模块，创建游戏窗口和背景。学生绘制福字和得分显示。活动2：人机交互及程序拼装学生实现鼠标单击事件的处理，编写游戏循环代码。学生组装各程序块，调试运行游戏程序。游戏改进意见学生讨论游戏存在的问题，提出改进意见。学生尝试实现游戏难度的调整或增加新的游戏元素。教学目标：学生能够体验软件开发的基本流程，掌握需求分析、任务分解、流程设计等方法。学生能够通过编程实现综合问题的解决，提升综合运用计算知识解决实际问题的能力。六、评价与反思阶段教学活动：单元学习评价学生完成单元学习评价题目，检验学习成果。教师根据学生的学习情况，给予个性化的反馈和建议。单元学习反思学生撰写单元学习反思报告，总结学习过程中的收获和不足之处。教师组织学生进行小组交流，分享学习心得和体会。教学目标：学生能够明确自己的学习成果和不足之处，为后续学习提供改进方向。学生能够提升自我反思和总结能力，培养良好的学习习惯。跨学科学习设计一、与数学学科的跨学科学习教学活动：数值计算与数学公式的结合学生通过绘制数学函数曲线（如正弦曲线、抛物线等），理解数学公式与计算机程序设计的结合。学生利用迭代思想求解数列问题（如斐波那契数列），体验数学与计算机科学的紧密联系。教学目标：学生能够运用数学知识解决计算机科学中的问题，提升跨学科综合应用能力。学生能够加深对数学公式的理解，提高数学应用能力。二、与物理学科的跨学科学习教学活动：物理问题与算法设计的结合学生通过解决物理问题（如运动学、力学问题等），设计合理的算法，并用计算机程序实现。学生利用计算机模拟物理实验过程，观察和分析实验现象。教学目标：学生能够运用物理学知识解决计算机科学中的问题，提升跨学科综合应用能力。学生能够通过计算机模拟实验，加深对物理现象的理解。三、与艺术学科的跨学科学习教学活动：艺术创作与算法设计的结合学生利用算法生成艺术作品（如分形艺术、音乐生成等），体验算法在艺术创作中的应用。学生结合所学内容，设计并开发简单的数字化艺术工具或应用。教学目标：学生能够运用算法进行艺术创作，提升艺术创新能力。学生能够通过跨学科学习，拓宽视野，培养综合素养。十四、大单元作业设计教学目标信息意识：学生能够针对具体问题，自觉、主动地寻求恰当的信息来源，判断信息的可靠性与准确性。学生能够敏锐感知信息的变化，分析数据所承载的信息，为解决问题提供参考。计算思维：学生能够采用计算机科学领域的思想方法界定问题，抽象特征，建立结构模型，合理组织数据。学生能够运用合理的算法形成解决问题的方案，并迁移到与之相关的其他问题解决中。数字化学习与创新：学生能够适应数字化学习环境，利用数字化工具和资源进行学习和创新。学生能够创造性地提出新的算法或优化现有算法，解决实际问题。信息社会责任：学生能够遵守信息法律法规，信守信息社会的道德与伦理准则。学生能够在信息活动中保护个人和他人的信息安全，维护公共信息安全。作业目标设定（一）信息意识作业1：信息搜集与评估目标：学生需搜集关于“人工智能在日常生活中的应用”的相关信息，并评估这些信息的可靠性与准确性，撰写一篇简短的报告。要求：报告中需包含信息来源、信息内容概述、信息可靠性评估及理由。作业2：数据分析与判断目标：学生需分析一组关于“网络购物用户行为”的数据，判断数据所反映的趋势，并撰写分析报告。要求：报告中需包含数据来源、数据内容概述、数据分析方法、数据趋势判断及结论。（二）计算思维作业3：算法设计与实现目标：学生需设计并实现一个简单的算法，用于解决“八皇后问题”（即在8×8的国际象棋棋盘上放置8个皇后，使得她们互不攻击）。要求：学生需用自然语言描述算法思想，用流程图表示算法步骤，并用Python语言实现算法。作业4：数值计算问题解决目标：学生需利用数值计算方法解决一个实际问题，如“利用迭代法求解方程的根”。要求：学生需描述问题的背景，明确求解目标，设计迭代算法，并用Python语言实现算法，给出求解结果。（三）数字化学习与创新作业5：数字化学习资源制作目标：学生需制作一个关于“算法基础”的数字化学习资源，如教学视频、PPT或在线课程。要求：资源需包含算法的基本概念、重要特征、描述方法及应用实例，内容需准确、清晰，形式需新颖、易于理解。作业6：创新算法设计目标：学生需针对一个具体问题（如“路径规划问题”），设计并实现一个创新的算法，提高问题解决的效率或准确性。要求：学生需用自然语言描述算法的创新点，用流程图表示算法步骤，并用Python语言实现算法，与传统算法进行比较分析。（四）信息社会责任作业7：信息安全案例分析目标：学生需分析一个关于“信息安全漏洞”的案例，探讨漏洞产生的原因、影响及防范措施，并撰写分析报告。要求：报告中需包含案例背景、漏洞分析、影响评估、防范措施及建议。作业8：信息伦理道德讨论目标：学生需围绕“信息技术应用中的伦理道德问题”进行讨论，如“大数据挖掘与个人隐私保护”、“人工智能的伦理边界”等。要求：学生需查阅资料，形成自己的观点，并参与小组讨论，撰写讨论总结。总结中需包含讨论主题、各方观点、个人见解及理由。具体作业内容作业1：信息搜集与评估背景：随着人工智能技术的不断发展，其在日常生活中的应用越来越广泛。为了深入了解人工智能的应用现状，学生需进行信息搜集与评估。要求：搜集至少5篇关于“人工智能在日常生活中的应用”的文章或报道。对搜集到的信息进行整理，概述每篇文章或报道的主要内容。评估信息的可靠性，给出评估理由。撰写一篇简短的报告，包含信息来源、信息内容概述、信息可靠性评估及理由。作业2：数据分析与判断背景：网络购物已成为人们日常生活中不可或缺的一部分。通过分析网络购物用户的行为数据，可以了解用户的购物习惯和需求。要求：获取一组关于“网络购物用户行为”的数据，数据应包含用户的购买记录、浏览记录、搜索记录等。对数据进行整理和分析，判断数据所反映的趋势，如“热门商品类别”、“用户购物时间偏好”等。撰写分析报告，包含数据来源、数据内容概述、数据分析方法、数据趋势判断及结论。作业3：算法设计与实现背景：“八皇后问题”是经典的算法问题之一，要求在8×8的国际象棋棋盘上放置8个皇后，使得她们互不攻击。要求：用自然语言描述解决“八皇后问题”的算法思想。用流程图表示算法步骤，包括初始化棋盘、放置皇后、检查冲突、回溯等。用Python语言实现算法，输出所有可能的解。对算法的效率进行分析，讨论可能的优化方法。作业4：数值计算问题解决背景：在实际问题中，经常需要利用数值计算方法求解方程的根。迭代法是一种常用的数值计算方法。要求：描述一个需要求解的具体问题，如“求解方程x^2-2x+1=0的根”。设计迭代算法，包括迭代公式的推导、迭代初始值的选择、迭代终止条件的设定等。用Python语言实现算法，输出求解结果。对算法的性能进行分析，讨论迭代次数、收敛速度等因素对求解结果的影响。作业5：数字化学习资源制作背景：算法是信息技术领域的重要基础知识。为了帮助学生更好地学习算法，需要制作高质量的数字化学习资源。要求：选择“算法基础”作为学习资源的主题，包括算法的概念、重要特征、描述方法及应用实例等内容。确定资源的形式，如教学视频、PPT或在线课程。制作资源内容，要求准确、清晰、易于理解。对资源进行测试和完善，确保质量符合教学要求。作业6：创新算法设计背景：在实际问题中，传统算法可能无法满足高效、准确求解的需求。需要设计创新的算法来提高问题解决的效率或准确性。要求：选择一个具体问题作为研究对象，如“路径规划问题”。分析传统算法在解决该问题时的不足之处。设计创新的算法，提出新的思路或方法。用自然语言描述算法的创新点，用流程图表示算法步骤。用Python语言实现算法，并与传统算法进行比较分析，验证创新算法的优势。作业7：信息安全案例分析背景：信息安全是信息技术应用中的重要问题。通过分析信息安全漏洞的案例，可以了解漏洞产生的原因、影响及防范措施。要求：选择一个关于“信息安全漏洞”的案例进行研究。分析漏洞产生的原因，包括技术因素、人为因素等。评估漏洞对信息系统安全的影响，包括数据泄露、